Corriente eléctrica

Por qué y en qué condiciones pasa la corriente eléctrica

¿Qué es la corriente eléctrica?

La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de partículas cargadas, portadoras de carga eléctrica.. Tal movimiento puede ocurrir en metales, semiconductores, gases y los portadores de carga eléctrica son electrones o iones.

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En la primera imagen vemos un ión cargado positivamente y en la segunda, cargado negativamente. Los electrones de las capas externas del átomo pueden ser capturados por átomos cargados positivamente, después de lo cual los átomos se vuelven neutrales.

Si, por ejemplo, en un trozo de alambre metálico podemos crear un exceso de átomos cargados negativamente, los átomos cargados positivamente inmediatamente comenzarán a capturar electrones hasta que se establezca el equilibrio y los átomos se vuelvan neutros.

En este caso, los electrones se moverán y, por lo tanto, tal movimiento de partículas cargadas se llama corriente eléctrica.

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Corriente eléctrica en conductores

En realidad, los electrones se mueven desde el extremo cargado negativamente del conductor (polo) al positivo, pero en física se asume convencionalmente que el movimiento ocurre de "+" a "-" (esto se acordó en un momento en el que no conocíamos la verdadera naturaleza de la corriente eléctrica).

Los electrones son capturados solo por los átomos vecinos, y un solo electrón supera solo este camino (en este momento, otro electrón se mueve a otro átomo, etc.), pero el movimiento total de los electrones en el conductor es extremadamente rápido (la velocidad de la corriente eléctrica se acerca a los 300,000 km / segundo).

Literalmente pasa un momento: se establece un equilibrio eléctrico en el conductor y no hay más corriente eléctrica.

Para que la corriente fluya constantemente, es necesario agregar continuamente más y más electrones a los átomos del extremo cargado negativamente del conductor, tomándolos de los átomos del extremo cargado positivamente del conductor.

Para ello, se utiliza una fuente de corriente eléctrica, que crea un exceso de electrones en los átomos del polo negativo (ánodo) y provoca una falta de electrones en los átomos del material del polo positivo (cátodo). Por eso, en un circuito eléctrico, los electrones siempre se mueven en la misma dirección.

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Corriente eléctrica en semiconductores

Además de los conductores, en los que el movimiento de los electrones genera una corriente eléctrica, existen materiales como el germanio, el silicio y una gran cantidad de aleaciones, que se denominan semiconductores. En semiconductores, el movimiento ordenado de partículas cargadas también es posible (bajo ciertas influencias externas: aumento de temperatura, iluminación).

En los semiconductores existe la denominada "conductividad del agujero". En los semiconductores, los átomos establecen enlaces covalentes (es decir, un electrón en un cristal de silicio, como en un átomo de diamante, está unido a dos átomos), aproximadamente como se muestra a continuación.

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Los átomos semiconductores de la capa exterior tienen electrones unidos débilmente. Se llaman electrones de valencia. El enlace entre los átomos de los semiconductores es a menudo covalente, es decir, realizado por pares de electrones de valencia. Cada electrón de valencia pertenece a dos átomos.

Los electrones de valencia están unidos a los átomos con mucha más fuerza que en los metales; por lo tanto, el número de electrones de conducción a temperatura ambiente en los semiconductores es muchos órdenes de magnitud menor que en los metales.

A medida que aumenta la temperatura, algunos de los electrones de valencia pueden recibir energía suficiente para romper los enlaces covalentes. Entonces aparecen electrones libres (electrones de conducción) en el semiconductor. Al mismo tiempo, donde se rompen las conexiones, se forman vacantes que no están ocupadas por electrones. Tales lugares se llamaban agujeros.

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La vacante se puede llenar con un electrón de valencia de un par vecino, luego el agujero se moverá a una nueva ubicación en el cristal. A una temperatura de semiconductor dada, se forma un número correspondiente de pares de agujeros de electrones por unidad de tiempo.

Al mismo tiempo, hay un proceso inverso: cuando un electrón libre se encuentra con un agujero, el electrón ocupa un lugar vacío.

Cuando no hay campo eléctrico, los electrones de conducción y los huecos participan en un movimiento térmico caótico.

Si se coloca un semiconductor en un campo eléctrico, aparece un movimiento ordenado, y en tal corriente eléctrica no solo se mueven los electrones libres, sino también los huecos, que se comportan como partículas cargadas positivamente.

La conductividad eléctrica muy fuerte de los semiconductores cambia con la introducción de impurezas de otros materiales (debido a la aparición de una gran cantidad de electrones libres y huecos libres).

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